Waarom vertoont het toevoerwater van een omgekeerde osmose-installatie nog steeds oxiderende eigenschappen na toevoeging van een reductiemiddel?

Wanneer Omgekeerde osmose Het voedingswater blijft oxiderend, zelfs na toevoeging van een reductiemiddel. De meest voorkomende onderliggende reden hiervoor is het optreden van complexe katalytische oxidatieprocessen in het water die verder gaan dan de eenvoudige neutralisatie van restchloor.

Natriummetabisulfiet (SMBS), een reductiemiddel dat we vaak gebruiken, is in staat om vrij chloor snel te verwijderen via de volgende reactie: HSO₃⁻ + HOCl → HSO₄⁻ + Cl⁻ + H⁺.

Theoretisch gezien zou het oxiderende vermogen van het water moeten verdwijnen zodra het restchloor volledig is gereduceerd. Op dat moment komt echter opgeloste zuurstof in het water naar voren als een nieuwe bron van oxidatiemiddelen. Onder normale omstandigheden heeft opgeloste zuurstof een zwak oxiderend vermogen; in aanwezigheid van overgangsmetaalionen – zoals ijzer en koper – katalyseren deze ionen echter een vrije-radicale kettingreactie tussen bisulfietionen (de actieve component van SMBS) en opgeloste zuurstof. Dit proces genereert sterk oxiderende deeltjes, waaronder sulfaatradicalen en hydroxylradicalen.

De redoxpotentialen van deze radicalen zijn aanzienlijk hoger dan die van restchloor; daardoor blijft het water, zelfs als er een overschot aan SMBS in het systeem aanwezig is, duidelijke oxiderende eigenschappen vertonen die in staat zijn polyamide membranen rechtstreeks aan te tasten.

Fe²⁺/³⁺- en Cu⁺/²⁺-ionen kunnen de activeringsenergie die nodig is voor de auto-oxidatie van sulfieten tot reactieve zuurstofsoorten aanzienlijk verlagen. Deze ionen fungeren als elektronoverdrachtsmediatoren en katalyseren een reactieketen die analoog is aan Fenton- of Fenton-achtige reacties:

Cu⁺ + O₂ → Cu²⁺ + O₂•⁻ (superoxide-anion)

Deze stap zet vervolgens een kettingreactie van sulfietoxidatie in gang, waarbij de massale vorming van vrije radicalen ervoor zorgt dat het oxiderend vermogen van het water voortdurend hoog blijft. Dit is de belangrijkste reden waarom het water, zelfs na toevoeging van SMBS, nog steeds oxiderende eigenschappen kan vertonen, en waarom de aanwezigheid van ijzer- en koperionen deze neiging versterkt.

Dit fenomeen is met name uitgesproken in Ontzilting van zeewater systemen, grotendeels dankzij de synergetische wisselwerking tussen NaCl, NaHCO₃ en koperionen:

Hoge concentraties chloride-ionen (van NaCl) vormen stabiele chloorcomplexen met koper (bijv. CuCl₂⁻, CuCl₃²⁻). Deze complexering verbetert niet alleen de oplosbaarheid en stabiliteit van de koperionen aanzienlijk, maar verandert ook hun redoxpotentiaal, waardoor hun katalytische activiteit sterk toeneemt. Binnen de Cu(I)/Cu(II)-redoxcyclus kunnen deze chloorcomplexen van koper opgeloste zuurstof efficiënter activeren, wat leidt tot de continue generatie van vrije radicalen. De aanwezigheid van bicarbonaat (NaHCO₃) vervult een dubbele functie: enerzijds zorgt het voor buffercapaciteit en handhaaft het de pH binnen een bereik dat gunstig is voor kettingreacties met vrije radicalen; anderzijds kan het HCO₃⁻-ion carbonaatcomplexen vormen met koper en kan het ook door vrije radicalen worden geoxideerd tot carbonaatradicalen (CO₃•⁻). Deze laatste fungeert als een selectief oxidatiemiddel en neemt deel aan secundaire reacties die de levensduur van oxiderende stoffen verlengen.

De synergetische wisselwerking van deze drie componenten zorgt voor een zelfonderhoudende katalytische oxidatiecyclus: de hoge chlorideconcentratie in zeewater garandeert een stabiele oplossing en hoge katalytische activiteit van koperionen, terwijl bicarbonaat zorgt voor coördinatieondersteuning en alkaliteit. Daardoor blijft het kopergekatalyseerde sulfiet/opgeloste zuurstofsysteem, zelfs als restchloor in het influent volledig is verwijderd door SMBS, continu oxiderende vrije radicalen genereren, waardoor het water in een permanent oxiderende toestand blijft.

In dergelijke extreme scenario's zijn conventionele restchloormetingen volstrekt niet in staat om het werkelijke oxidatiepotentieel weer te geven, aangezien de deeltjes die het membraanoppervlak aanvallen chloorvrije radicalen zijn in plaats van hypochloorzuur. Daarentegen geeft het oxidatie-reductiepotentieel (ORP) een volledig beeld van het dynamische evenwicht van alle aanwezige oxiderende en reducerende deeltjes.

Wanneer een abnormale stijging van de ORP-waarde wordt waargenomen – zelfs als de restchloorwaarde nul blijft – duidt dit erop dat er reactieve zuurstofsoorten in het water zijn opgehoopt die het membraan kunnen beschadigen. In dergelijke gevallen moeten onmiddellijk interventiemaatregelen worden genomen, zoals intensievere reductiebehandelingen, verwijdering van metaalionen of optimalisatie van de SMBS-dosering.